钢板桩围堰结构设计研究

周瑞刚

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100020)

钢板桩围堰结构设计研究

周瑞刚

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100020)

结合实际施工经验，针对钢板桩围堰这一深基坑经常采用的支护方式，采用等值梁法将结构模型简化为简支梁体系和两跨连续梁体系两种工况，计算出钢板桩的最小入土深度；采用迈达斯结构分析软件对围檩和支撑体系进行了细部受力分析；采用简支单向板体系计算了封底混凝土厚度。并在实际施工中得到了验证。

钢板桩围堰；等值梁法；简支梁体系；连续梁体系；简支板体系；封底混凝土厚度

1 工程概况

钱江通道南接线段九标益农互通主线桥9～13#辅墩承台，承台设计顶标高为﹢1 m，设计底标高-2 m，承台尺寸8.3 m×3.3 m×2.5 m。承台四周的地面标高(地下水位标高)为+4.2 m，封底混凝土采用C25素混凝土，厚度为1.5 m，考虑封底混凝土厚度，承台最大开挖尺寸为7.7 m，地质情况从上至下依次为1 m的杂填土，其余为粉土。

钢板桩尺寸为承台每边向外1.5 m，即11.3 m×6.3 m，顶面高出地面0.5 m，钢板桩采用长度为12 m的拉森Ⅲ型钢板桩，考虑施工过程中悬臂较大，设两道围檩和支撑，第一道设于桩顶下0.5 m处，采用HN400×20型钢单拼，第二道设于承台顶以上0.5 m处，采用HN600×20型钢双拼。角隅处采用直径60 cm，壁厚1 cm的钢管桩予以加强。

围堰施工过程中，首先挖除表面1 m厚的杂填土，挖至桩顶下0.5 m处设第一道支撑，开挖至承台顶以上0.5 m处，设第二道支撑，然后采用边吸泥边加水的方式开挖至设计底标高，浇筑封底混凝土，封底采用水下封底。封底完毕，抽水进行承台的施工。

2 工况分析

结构分两种最不利工况进行验算：

工况一：抽水开挖至第二道支撑标高处(承台顶以上0.5 m)，尚未加设支撑。此时结构为简支体系，结构受主、被动土压力作用。

工况二：开挖至设计底标高，浇筑封底混凝土完毕，抽水完毕后。此时结构为二跨连续梁体系，结构受主、被动土压力作用。

3 设计参数

3.1 荷载

(1)土压力

土的重度γ=19.2 kN/m3，内摩擦角值为27度，则

Ka=tan2(45-φ/2)=0.3755

Kp=tan2(45+φ/2)=2.6629

(2)其他荷载

地面机械、堆放材料产生的荷载取q=10 kN/m2，将其等代为均布荷载转换为侧压力，转化为侧压力荷载为q=Qtan2(45-φ/2)=10*0.375 5=3.8 kPa

3.2 材料截面参数

钢板桩HN400×20型钢HN600×20型钢截面积/cm2抵抗拒/cm3容许弯曲应力/MPa截面积/cm2抵抗拒/cm3容许弯曲应力/MPa截面积/cm2抵抗拒/cm3容许弯曲应力/MPa191134021070．45804．2221092．461435．42210

4 结构安全性验算

4.1 净土压力零点距坑底距离

(10+γ*2.7)*Ka=γ(Kp-Ka)*u

计算得u=0.53 m

(10+γ*6.2)*Ka+20=γ(Kp-Ka)*u

计算得u=1.1 m

图1

4.2 最小入土深度计算

由∑MC=0得

工况一：工况二：γ∗x∗Kp∗x/2∗x/3-γ∗x∗Ka∗x/2∗x/3=19xγ∗x∗Kp∗x/2∗x/3-γ∗x∗Ka∗x/2∗x/3=61．5xx=1．65mx=2．9m最小入土深度为u+x=0．53+1．65=2．18m最小入土深度为u+x=1．1+2．9=4．0m实际入土深度8．8m实际入土深度为5．3m故满足要求

4.3 围檩和支撑安全性验算

由钢板桩支撑反力计算结果得出，第一种工况时，第一道支撑反力为11.7 kN；第二种工况时，第一道支撑反力为拉力，不于考虑，第二道支撑反力为137.7 kN，故第一道围檩支撑按11.7 kN/m的均布荷载加载，第二道围檩支撑按137.7 kN/m的均布荷载加载。

4.4 封底混凝土厚度

考虑板桩打入基坑深度较大，板桩与土之间的摩阻力以及与封底混凝土之间的握裹力较大，加上封底层及围堰自重整个围堰不会被水浮起，但封底混凝土在静水压力作用下可能被挠曲折裂，此时封底厚度应由其强度确定。假设封底层为简支单向板，其顶面在静水压力下产生弯曲拉应力为：

4/3×[σ]/12×x2+γc×x-γw×(h+x)=0

式中：l为围堰宽度，取6.3 m；[σ]为混凝土的容许弯曲应力,C25混凝土取0.92 MPa；γc为混凝土容重，取24 kN/m3；γw为水容重，取10 kN/m3；h为封底混凝土水头，取6.2 m；x为封底混凝土厚度。

计算得出x=1.2m，为安全期间，封底混凝土取1.5 m。

5 结 论

本文参照各种资料，并结合自己的施工实践，通过工程实例，对高速公路最常采用的深基坑开挖支护方式进行了设计和安全性验算，相信在实际施工中对大家有一定的借鉴作用。

[1] 钱江通道及接线工程南连接线段第09合同两阶段施工图设计.

[2] 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)[S].

[3] 李廉锟.结构力学[M].北京：高等教育出版社， 2004.

2017-04-06

周瑞刚(1985-)，男，陕西神木人，工程师，从事高速公路施工管理工作。

U445.1

：C

：1008-3383(2017)06-0079-01